Study of the Use of a Matrix Converter for Building a Phase Shifter

Sieńko, T.; Szczepanik, J.

doi:10.12736/issn.2300-3022.2015212

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Study of the Use of a Matrix Converter for Building a Phase Shifter

Autorzy

Sieńko T. , Szczepanik J.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Sienko-Study-of-the-Use-of-a-Matrix-Converter-for-Building-a-Phase-Shifter.pdf

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2300-3022.2015212

Warianty tytułu

Studium wykorzystania przekształtnika macierzowego do budowy przesuwnika fazowego

Języki publikacji

EN PL

Abstrakty

This paper presents an analysis of the application of a multi-phase matrix converter (PM) based device as a phase shifter (PS). The analysis was conducted using simulation techniques and measurements performed on a six-phase converter model built in a laboratory. Three basic control schemes and their relation to PM properties are presented. In addition to the phase shifter’s ability to change active power transfer, the device’s impact on reactive power transmission was also shown in the paper. Newly assessed PM properties permit the construction of a PS with higher power system control capacity than with currently available devices. Capabilities of various variants of PM control and fast rate of response of the PS based on it, will undoubtedly be useful in the control of dynamic states of the power system operation (postdisturbance states), e.g. for rapid elimination of generator oscillations or power flow adjustment. This study is an extension of the phase shifter concept presented in previous years, and the continuation assumes the construction of a shifter model for use in an already developed at Cracow University of Technology power system model.

W artykule została zaprezentowana analiza zastosowania wielofazowego przekształtnika macierzowego (PM) do budowy przesuwnika fazowego (PS). Analizę przeprowadzono za pomocą technik symulacyjnych oraz pomiarów wykonanych na sześciofazowym modelu przekształtnika zbudowanym w laboratorium. Zaprezentowano trzy podstawowe schematy kontroli oraz ich związek z własnościami PM. Poza zdolnością przesuwnika fazowego do zmiany transferu mocy czynnej interesujący jest wpływ urządzenia na transmisję mocy biernej, co ukazano w artykule. Nowo pokazane właściwości PM pozwalają na budowę PS o większych możliwościach kontroli systemu elektroenergetycznego (SEE) niż obecnie dostępne urządzenia. Możliwości różnych wariantów sterowania PM oraz duża prędkość reakcji bazującego na nim PS będą niewątpliwie przydatne w kontroli stanów dynamicznych pracy SEE (stanach pozaburzeniowych), np. do szybkiej likwidacji kołysań generatorów czy regulacji rozpływu mocy. Przedstawiona praca jest rozwinięciem koncepcji przesuwnika fazowego prezentowanego w poprzednich latach, a dalszy ciąg zakłada budowę modelu przesuwnika do zastosowania w wykonanym już modelu systemu elektroenergetycznego.

Słowa kluczowe

matrix converter phase shifter FACTS power flow control power system reliability multi-phase system

przekształtnik macierzowy przesuwnik fazowy FACTS kontrola rozpływu mocy niezawodność systemu elektroenergetycznego układy wielofazowe

Wydawca

ENERGA SA

Czasopismo

Acta Energetica

Rocznik

2015

Tom

nr 2

Strony

125--139

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sieńko T.

sienko77@o2.pl

Cracow University of Technology

autor

Szczepanik J.

jerzy_szczepanik@hotmail.com

Cracow University of Technology, E-2 institute

Bibliografia

1. PSE Operator’s communique on the shared position of CEPS, MAVIR, PSE Operator and SEPS with regard to the market areas definition [online], http://www.pse.pl/index.php?dzid=14&did=1082 (access: 02/02/2015].
2. Kąkol A., Sobczak B., Trębski R., Badanie wpływu wyłączania i załączania mocno obciążonej linii przesyłowej na pracę elektrowni z turbogeneratorami [Study of the impact of switching off and on of a heavily loaded transmission line on the performance of a power plant with turbo generators], Acta Energetica 2011, No. 3, pp. 23–28.
3. Cvijic S., Ilic M.D., Part II: PAR Flow Control Based on the Framework for Modeling and Tracing of Bilateral Transactions and Corresponding Loop Flows, Power Systems, IEEE Transactions on, Nov. 2014, Vol. 29, No. 6, pp. 2715, 2722.
4. Korab R., Możliwości zwiększenia zdolności przesyłowych połączeń transgranicznych KSE [Possibilities of increasing transmission capacity of KSE’s cross-border interconnections, Przegląd Elektrotechniczny 2011, No. 2.
5. Korab R., Owczarek R., Kształtowanie transgranicznych przepływów mocy z wykorzystaniem przesuwników fazowych instalowanych w liniach wymiany [Control of cross-border power flows using phase shifters installed in interconnection lines], Przegląd Elektrotechniczny 2012, Vol. 88, No. 10b, pp. 299–302.
6. Cotrus A. et al., Power flow control equipment, Electrical and Power Engineering (EPE), 2014 International Conference and Exposition on, 16–18 October 2014, pp. 284, 288.
7. Zhicheng L. et al., Active control of power flow in distribution network using flexible tie switches, Power System Technology (POWERCON), 2014 International Conference on, 20–22 Oct. 2014, pp. 1224, 1229.
8. System failure on November 4, 2006, final report, UCTE, 2007.
9. Final report on the August 14, 2003 blackout in the United States and Canada: Causes and recommendations, US-Canada Power System Outage Task Force, 2004, accessed in June 2010, [online], Available: ttps://energy.gov/sites/prod/files/oeprod/DocumentsandMedia/ BlackoutFinal-Web.pdf (10.11.2013).
10. Final report: System disturbance on 4 November, 2006, Union for the Coordination of Transmission of Electricity, 2007, accessed in June 2010 [online], Available: https://www.entsoe.eu/fileadmin/user_upload/_ library/publications/ce/otherreports/Final-Report-20070130. pdf (15.11.2014).
11. Oziemblewski K., Opala K., Możliwości oceny bieżącego stanu stabilności SEE. Pochodne zamiast charakterystyk [The possibilities of assessing the current ESP stability. Derivatives instead of characteristics], Acta Energetica 2011, No. 2, pp. 33–42.
12. Szczepanik J., Sieńko T., Nowoczesne urządzenia do kontroli rozpływu mocy w systemie elektroenergetycznym oparte na wielofazowym przekształtniku macierzowym [New Multiphase Matrix Converter Based Device for Power Flow Control], APE 2013.
13. Szczepanik J., Sieńko T., Nowoczesne urządzenia do kontroli rozpływu mocy w systemie elektroenergetycznym oparte na wielofazowym przekształtniku macierzowym [New Multiphase Matrix Converter Based Device for Power Flow Control], Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej 2013, No. 32, pp. 83–86.
14. Szczepanik J., Sieńko T., New Multiphase Matrix Converter Based Device for Power Flow Control, Acta Energetica 2013, No. 4, pp. 158–165.
15. Verboomen J. et al., Phase shifting transformers: principles and applications, Future Power Systems, 2005 International Conference on, 18 Nov. 2005, p. 6.
16. Rimez J. et al., Grid Implementation of a 400 MVA 220/150 kV–15°/+3° Phase-shifting Transformer for Power Flow Control in the Belgian Network: Specification and Operational Considerations, Paper no. A2-202, Proceedings of the 2006 CIGRE Session, Paris, France, August 2006.
17. Namin M.H., Using UPFC in order to Power flow control, Industrial Technology, 2006. ICIT 2006. IEEE International Conference on, 15–17 Dec. 2006, pp. 1486–1491.
18. Murugan A., Thamizmani S., A new approach for voltage control of IPFC and UPFC for power flow management, Energy Efficient Technologies for Sustainability (ICEETS), 2013 International Conference on 10–12 April 2013, pp. 1376, 1381.
19. Sieńko T., Schemat zastępczy przekształtnika macierzowego dla stanów dynamicznych przy sterowaniu jednookresowym [Equivalent circuit of matrix converter for dynamic states in one-periodical control], Czasopismo Techniczne 1-E/2012, issue 24, Vol. 109.
20. Sieńko T., Sobczyk T.J., Modelling concept of N × M matrix converter under periodic control for dynamic states, Archives of Electrical Engineering, Vol. 63, Issue 2, pp. 305–315, June 2014.
21. Sobczyk T.J., Control strategy of matrix converters, Proc. of European Conf. on Power Electronics and Applications (EPE), 1993, Vol. 4, pp. 93–97.
22. Sobczyk T.J., The matrix converter – a universal power electronic unit, Prace Instytutu Elektrotechniki 2002, Vol. 211, pp. 5–21.
23. Szczepanik J., Sieńko T., New control scheme and new application area for a multiphase matrix converter, The third IASTED Asian Conference “Power And Energy Systems”, April 2–4 2007, Phuked, Thailand, pp. 85–89.
24. Szczepanik J., Sieńko T., New control algorithm for multiphase matrix converter, Proceedings of 16th International Conference on Systems Science, 4–6 September 2007, Wrocław, Poland, Vol. 4, pp. 241–250.
25. Szczepanik J., Sieńko T., A new concept of application of multiphase matrix converter in power system, Proceedings of EUROCON 2007, The International Conference on “The Computer as a Tool”, Warsaw, Poland, 9–12 September.
26. Sieńko T., Szczepanik J., Sobczyk T.J., Voltage Phase Controller for Power Systems, Proceedings of 9th International Conference Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona, 9–11 October 2007.
27. Szczepanik J., Sienko T., New Control Strategy for Multiphase Matrix Converter, Systems Engineering ICSENG 2008, 19–21.08.2008, pp. 121–126,
28. Szczepanik J., Sieńko, T., Control scheme for a multiphase matrix converter, EUROCON 2009, This paper appears in: EUROCON 2009, EUROCON ‚09. Publication Date: 18–23 May 2009, On page(s): 545–551, Location: St.-Petersburg Print, ISBN: 978-1-4244-3860-0, INSPEC Accession Number: 10798882, Digital Object Identifier: 10.1109/EURCON.2009.5167685, Current Version Published: 20 July 2009.
29. Sieńko T., Szczepanik J., The study of Implementation of Multiphase Matrix Converter in Power System, Przegląd Elektrotechniczny 2013, No. 8, pp. 10–15.
30. Sieńko T., Sobczyk T.J., Matrix converter control for applications to multi-phase high-speed microgenerators, Archives of Electrical Engineering 2004, Vol. LIII, No. 2, pp. 217–228.
31. Sobczyk T.J, Sieńko T., Application of Matrix Converter as a Voltage Phase Controller in Power System S13-17, IEEE SPEEDAM, 23–26.05.2006, Taormina, Italy.
32. Sieńko T., Sobczyk T.J., Sposob sterowania przekształtnikiem macierzowym [A method of matrix converter control[, Polish Patent: (21) 358928, (22) 27-02-2003, H02M5/00, BUP 06-09-2004 18/2004, WUP 29-01-2010 01/2010.
33. Sieńko T.J., Szczepanik J., Hudym V., ”Sposób kompensacji mocy biernej, urządzenie do kompensacji mocy biernej” [A reactive power compensation method, a device for reactive power compensation], patent application No. P.408817 of 11.07.2014.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-9d4ca192-4040-4267-aa8a-83a9b2173d73